1、第三章原子结构之谜第二节 原子的结构学 习 目 标重 点 难 点1.了解各种原子结构模型.2.知道粒子散射实验的方法和现象.3.知道原子核式结构的主要内容 重点1.原子的核式结构.2.粒子散射实验难点1.原子结构模型建立的依据.2.粒子散射实验现象及内容的理解知识点一 粒子散射实验提炼知识1汤姆生的原子结构模型葡萄干布丁模型汤姆生设想原子是一个球体，带正电的部分均匀地分布在其中，质量很小的电子则像布丁中的葡萄干一样镶嵌在内也有人形象地把该模型称为“西瓜模型”或“枣糕模型”，该模型被卢瑟福的 粒子散射实验所否定2 粒子散射实验(1)粒子散射实验的方法：用由放射源发射的 粒子束轰击金箔，利用荧光屏
2、接收，探测通过金箔后的 粒子偏转情况(2)粒子散射实验的目的：粒子通过金箔时，由于金原子中的带电粒子对 粒子有库仑力作用，一些 粒子会改变原来的运动方向，产生偏转统计散射到各个方向的 粒子数量，即可推知原子中质量和正电荷的分布情况(3)粒子散射实验的现象：绝大多数 粒子穿过金箔后，仍沿原来的方向前进，但少数 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数 粒子的偏转超过了 90，有的甚至几乎达到 判断正误(1)汤姆生的枣糕模型认为原子是一个球体，正电荷均匀分布在整个球体内()(2)粒子实验证实了汤姆生的枣糕式原子模型()小试身手1卢瑟福在用 粒子轰击金箔的实验中发现 粒子()A全部穿过或发生很小的偏转B绝
3、大多数穿过，只有少数发生很大偏转甚至极少数被弹回C绝大多数发生很大的偏转，甚至被弹回，只有少数穿过D全部发生很大的偏转解析：粒子散射后，绝大多数 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，但少数 粒子发生了较大的偏转，并且有极少数 粒子的偏转超过了 90，有的甚至几乎达到180.答案：B知识点二 原子的核式结构的提出提炼知识1原子的核式结构模型卢瑟福依据 粒子散射实验的结果，提出了原子的核式结构模型：在原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转2原子和原子核的半径原子核的质量几乎集中了原子的全部质量，但它的半径却非常小，实验确定的原子核半径的数量级为 101
4、51014 m，原子半径的数量级为 1010 判断正误(1)卢瑟福的核式结构模型认为原子中带正电的部分体积很小，电子在正电体外面运动()(2)对于一般的原子，由于原子核很小，所以内部十分空旷()小试身手2根据卢瑟福的原子核式结构模型，下列说法正确的是()A原子的正电荷均匀分布在整个原子范围内B原子质量均匀分布在整个原子范围内C原子中的正电荷和质量都均匀分布在整个原子范围内D原子中的全部正电荷和几乎全部质量都集中在很小的区域范围内解析：核式结构认为：原子是由位于其中心的带正电的原子核和核外带负电的电子构成，原子核集中了全部的正电荷和几乎全部的质量，电子在核外绕核高速旋转，库仑力提供向心力，故 D
5、 项正确 答案：D拓展一 粒子散射实验1在 粒子散射实验过程中，选用金箔的原因是什么？提示：粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，粒子很容易穿过；金原子核质量大，被 粒子轰击后不易移动；金核半径大，易形成大角度散射2实验装置中荧光屏的作用是什么？提示：粒子打到荧光屏上会有微弱的闪光产生，故荧光屏通过显示闪光说明有 粒子打在了荧光屏上1汤姆生的原子结构模型(1)原子是一个球体，正电荷和质量均匀分布(2)电子按一定规律镶嵌其中(3)电子在平衡位置附近振动发光(4)原子内正、负电荷相等，原子整体呈电中性2 粒子散射实验(1)实验背景 粒子散射实验是卢瑟福指导他的学生做的
6、一个著名的物理实验，实验的目的是想验证汤姆生原子模型的正确性，实验结果却成了否定汤姆生原子模型的有力证据在此基础上，卢瑟福提出了原子核式结构模型(2)实验装置(如图所示)放射源释放 粒子；金箔靶子；显微镜荧光屏(可转动)用于观察(3)实验过程 粒子从铅盒射出，经过一条细通道，形成细射线穿过金箔后打在荧光屏上产生闪光，用可转动的显微镜从不同角度进行观察(4)实验现象 粒子通过金箔时，绝大多数不发生偏转，仍沿原来的方向前进少数发生较大的偏转，极少数偏转角超过 90.有的甚至被弹回，偏转几乎达到 (5)实验分析由于电子质量远小于 粒子质量，所以二者发生碰撞时电子不可能使 粒子发生大角度偏转使 粒子发
7、生大角度偏转的只能是原子中带正电的部分，按照汤姆生的原子模型，正电荷在原子内是均匀分布的，粒子穿过原子时，它受到两侧的斥力大部分抵消，因而也不可能使 粒子发生大角度偏转，更不可能使 粒子反向弹回，这与 粒子的散射实验的现象相矛盾现象说明原子绝大部分是空的，除非原子的几乎全部质量和正电荷都集中在原子中心的一个很小的核上，否则，粒子的大角度散射是不可能的【典例 1】(多选)如图所示为卢瑟福所做的 粒子散射实验装置的示意图，荧光屏和显微镜一起分别放在图中的 A、B、C、D 四个位置时，下述说法中正确的是()A相同时间内在 A 时观察到屏上的闪光次数最多B相同时间内在 B 时观察到屏上的闪光次数比放在
8、A 时要少一些C放在 D 位置时屏上仍能观察到一些闪光，但次数极少D放在 C、D 位置时屏上观察不到闪光解析：在卢瑟福 粒子散射实验中，粒子穿过金箔后，绝大多数 粒子仍沿原来的方向前进，故 A 正确；少数 粒子发生大角度偏转，极少数 粒子偏转角度大于 90，极个别 粒子反弹回来，所以在 B 位置只能观察到少数的闪光，在 C、D 两位置能观察到的闪光次数极少，故 D 错，B、C 对 答案：ABC题后反思 解决 粒子散射实验问题的技巧(1)核外电子不会使 粒子的速度发生明显改变(2)汤姆生的原子模型不能解释 粒子的大角度散射(3)少数 粒子发生了大角度偏转，甚至反弹回来，表明这些 粒子在原子中的某
9、个地方受到了质量、电量均比它本身大得多的物体的作用 (4)绝大多数 粒子在穿过厚厚的金原子层时运动方向没有明显变化，说明原子中绝大部分是空的，原子的质量、电量都集中在体积很小的核内 1在卢瑟福 粒子散射实验中，金箔中的原子核可以看作静止不动，下列各图画出的是其中两个 粒子经历金箔散射过程的径迹，其中正确的是()解析：粒子与原子核相互排斥，A、D 错；运动轨迹与原子核越近，力越大，运动方向变化越明显，B 错，C 对 答案：C2(多选)在 粒子散射实验中，关于选用金箔的原因，下列说法正确的是()A金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔B金核不带电C金原子核质量大，被 粒子轰击后不易移动D金核半径大，
10、易形成大角度散射解析：粒子散射实验中，选用金箔是因为金具有很好的延展性，可以做成很薄的箔，粒子很容易穿过，A正确金原子核质量大，被 粒子轰击后不易移动，C 正确金核半径大，易形成大角度散射，D 正确 答案：ACD拓展二 原子的核式结构如图所示为原子核式结构模型的 粒子散射图象(1)为什么绝大多数的 粒子穿过金箔后，基本上仍沿原来运动方向前进？(2)为什么少数的 粒子穿过金箔后，发生了大角度的偏转？提示：(1)因为原子核很小，所以绝大多数 粒子穿过原子时，离核较远，受到原子核的斥力很小，基本上仍沿原来运动方向前进 (2)少数 粒子十分接近原子核时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转1原子的核
11、式结构模型的内容原子的中心有一个带正电的原子核，它几乎集中了原子的全部质量，而电子则在核外空间绕核旋转2原子的核式结构模型对 粒子散射实验结果的解释(1)当 粒子穿过原子时，如果离核较远，受到原子核的斥力很小，粒子就像穿过“一片空地”一样，无遮无挡，运动方向改变很小因为原子核很小，所以绝大多数 粒子不发生偏转(2)只有当 粒子十分接近原子核穿过时，才受到很大的库仑力作用，发生大角度偏转，而这种机会很少，所以有少数粒子发生了大角度偏转(3)如果 粒子正对着原子核射来，偏转角几乎达到180，这种机会极少3原子核的电荷与尺度(1)原子内的电荷关系：原子核的电荷数等于核外电子数，非常接近于它们的原子序
12、数(2)原子核的大小：原子核半径的数量级为 1015 m，原子半径的数量级为 1010 m，两者相差十万倍之多，可见原子内部十分“空旷”4注意(1)使粒子发生偏转的力是原子核对它的库仑斥力，粒子离原子核越近，库仑力越大，粒子的加速度越大，反之则越小(2)粒子与原子核间的万有引力远小于两者间的库仑力，因而可以忽略不计并且处理 粒子等微观粒子时一般不计重力5原子的核式结构与原子的枣糕模型的对比核式结构枣糕模型原子内部是非常空旷的，正电荷集中在一个很小的核里原子是充满了正电荷的球体电子绕核高速旋转电子均匀嵌在原子球体内【典例 2】(多选)如图所示，Q 为金原子核，M、N 为两个等势面，虚线为 粒子经
13、过原子核附近的运动轨迹，关于 粒子，下列说法正确的是()A 粒子从 K 到 R 的过程中动能逐渐增加B 粒子从 K 到 R 的过程中动能逐渐减小C 粒子从 K 到 R 的过程中动能先减小后增加D 粒子从 K 到 R 的过程中电势能先增加后减小解析：在 粒子从 K 到离原子核最近的过程中，库仑斥力做负功，动能逐渐减小，电势能逐渐增加；在 粒子从离原子核最近到 R 的过程中，库仑斥力做正功，动能增加，电势能减小由此可知，C、D 正确 答案：CD题后反思 粒子散射实验中的能量变化问题(1)粒子和原子核都带正电，它们之间的库仑力为斥力(2)粒子靠近原子核时，电场力做负功，粒子动能减小，电势能增加，两者
14、相距最近时，动能最小，电势能最大，总能量守恒；粒子远离原子核时，电场力做正功，电势能减小，粒子动能增加(3)以原子核为球心的同心球为等势面，同一等势面上 粒子的电势能、动能都相等 1在卢瑟福 粒子散射实验中，只有少数 粒子发生了大角度偏转，其原因是()A原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核里B正电荷在原子内是均匀分布的C原子中存在着带负电的电子D原子的质量在原子核内是均匀分布的解析：本题考查了学生对 粒子散射实验结果与原子的核式结构关系的理解原子的核式结构正是建立在 粒子散射实验结果基础上的，C、D 的说法没有错，但与题意不符 答案：A2(多选)在 粒子散射实验中，某个 粒子跟金箔中的电子相撞，则()A 粒子的动能几乎没有损失B 粒子将损失大部分动能C 粒子不会发生显著的偏转D 粒子将发生较大角度的偏转解析：由于电子的质量只有 粒子质量的17 300，粒子与电子碰撞就像一颗子弹与一粒灰尘碰撞一样，动能几乎没有损失，A 正确，B 错误 粒子不会发生显著的偏转，C 正确，D 错误 答案：AC
